Butyrát

Co má žluklé máslo společného se zdravím střev či mozku? Pojítkem je sloučenina jménem butyrát. Ta je totiž zodpovědná nejen za odporný zápach zkaženého másla, ale zároveň vzniká i uvnitř našich těl. Vytvářejí ji některé střevní bakterie a jde o látku klíčovou pro řadu procesů v organismu. Právě produkce butyrátu je totiž jednou z odpovědí na otázku, jak vlastně může život našich střev ovlivňovat zdraví a funkci tolika orgánů v našem těle.

Popis

Butyrát je sůl kyseliny máselné, mastné kyseliny s krátkým řetězcem (chemicky jde o kyselinu butanovou). Název „butyrát“ název vznikl díky skutečnosti, že sloučeniny této látky s glycerolem tvoří důležitou součást mléčného tuku (latinský výraz pro máslo je „butyrum“).

Za normálních okolností je butyrát v našem organismu produkován naprosto přirozeně, a to bakteriemi, které jsou součástí střevního mikrobiomu (zejména při procesu anaerobního kvašení rozpustné vlákniny). Zároveň jej ale přijímáme i potravou, zejména prostřednictvím mléčných výrobků.

Historie

Kyselinu máselnou objevil v roce 1814 francouzský chemik Michel Eugène Chevreul a o čtyři roky později ji z másla izoloval.

Princip působení

Naprostá většina butyrátu vyprodukovaného střevními bakteriemi či získaného z potravy je využita přímo ve střevech – slouží totiž jako hlavní „palivo“ pro buňky střevní sliznice. Díky tomu je ostatně butyrát nezbytný pro udržení integrity střevní sliznice, což je základní faktor dobrého zdravotního stavu. Funkční střevní sliznice má totiž omezenou propustnost, čímž brání průniku toxinů a patogenů do krevního oběhu. Při narušení integrity střev tak může dojít k řadě negativních procesů v tkáních celého těle. Při nedostatku butyrátu dochází rovněž k rozvoji zánětlivých procesů ve střevech.

Menší část butyrátu proniká ze střev do krevního oběhu, a může tak ovlivňovat procesy v celé řadě orgánů a tkání. Cca 5 % zůstává nevyužito a je vyloučeno stolicí.

Butyrát procesy v organismu ovlivňuje pomocí tří základních mechanismů:

1. Epigenetické působení

Stěžejní roli hrají přímé epigenetické účinky butyrátu, tj. schopnost ovlivňovat aktivitu genů v naší DNA. Butyrát patří mezi výrazné inhibitory enzymů jménem histondeacetylázy, které se účastní epigenetické reakce jménem deacetylace histonů. Právě deacetylace je přitom jedním z procesů, které vypínají geny – ty se pak chovají, jako by v naší DNA vůbec nebyly. Kromě toho ale butyrát ovlivňuje i další epigenetické reakce, tedy metylaci genů a regulaci pomocí microRNA.

2. Ovlivnění buněčné signalizace

Butyrát aktivuje několik typů buněčných receptorů souvisejících s G-proteinem. Tyto receptory se účastní tzv. buněčné signalizace, tedy procesu, který přenáší informace uvnitř buňky, a ovlivňuje tak její chování. Dysfunkce těchto receptorů proto může buněčné děje ovlivnit zásadním způsobem.

3. Zdroj energie pro buňky

Butyrát slouží jako důležitý energetický substrát, a tím ovlivňuje přežití a fungování jak našich vlastních tělesných buněk (zejména těch střevních), tak i mikroorganismů, které jsou součástí střevního mikrobiomu.

• Ovlivnění funkce mitochondrií

Butyrát, je zcela zásadní pro fungování mitochondrií – buněčných organel, které jsou nezbytné pro přeměnu živin na energii. Butyrát dokáže epigenetickou cestou ovlivňovat aktivitu některých genů v mitochondriální DNA, a zároveň zlepšuje schopnost mitochondrií oxidovat živiny a vytvářet z nich energii ve formě ATP. Zvyšuje rovněž citlivost buněk na inzulin, což se rovněž ve výsledku projeví zlepšenou schopností mitochondrií produkovat energii. Butyrát také snižuje koncentraci volných radikálů kyslíku uvnitř mitochondrií, zlepšuje jejich integritu a celkově je chrání před poškozením. Dysfunkce mitochondrií je přitom typická pro procesy stárnutí a vede také ke zhoršení funkce příslušných orgánů a tkání. Více o mitochondriích zde »

K nedostatečné přirozené produkci butyrátu dochází zejména v případě narušené rovnováhy střevního mikrobiomu. V tomto případě je možné chybějící butyrát doplnit prostřednictvím doplňků stravy.

Role butyrátu při vzniku a léčbě zdravotních potíží

Nádorová onemocnění

Butyrát účinně potlačuje proliferaci a podporuje apoptózu nádorových buněk, a to zejména prostřednictvím regulace acetylace histonů tvorby microRNA. Má také antiangiogenní efekt (tj. potlačuje tvorbu nových cév, které zajišťují krevní zásobení rostoucího nádoru) a brání tvorbě metastáz. Velmi účinný je v prevenci i léčbě rakoviny střev, plic a kůže.

Velkou roli v protinádorovém působení butyrátu přitom hraje jeho epigenetický potenciál. Zvyšuje totiž zejména aktivitu tzv. tumorsupresorových genů, které jsou součástí přirozených obranných mechanismů těla proti vzniku nádorů. Jde například o gen, podle nějž se tvoří protein p53 (tento gen je přezdíván jako „protinádorový policajt“), nebo gen SLC5A8. Podporuje také aktivitu genů pro tvorbu detoxikačních enzymů (např. glutathion-S-transferázy), které se podílejí na eliminaci škodlivých volných radikálů.

Autoimunitní onemocnění

Schopnost butyrátu snižovat zánět a modulovat imunitní odpověď může být užitečná při širokém spektru autoimunitních onemocnění. Nejefektivněji jeho doplňování působí především přímo v oblasti střev: Nedostatek butyrátu byl opakovaně prokázán u osob trpících Crohnovou chorobou i ulcerózní kolitidou, což jsou dvě nejčastější zánětlivá střevní onemocnění. Butyrát zde působí silně protizánětlivě (potlačuje zejména aktivitu nukleárního faktoru NF-kB a prozánětlivých interferonů) a zároveň podporuje integritu střevní sliznice, která je u zmíněných chorob zásadně narušena. Zde je efektivní jak užívání butyrátu, tak i podpora jeho produkce konzumací rozpustné vlákniny.

Pozitivní vliv butyrátu byl však prokázán i u dalších autoimunitních onemocnění. Například u revmatoidní artritidy v rámci výzkumu pomáhal regulovat epigenetické procesy (zejména potlačením produkce enzymů histondeacetyláz) ovlivňující kostní buňky osteoklasty a snížoval produkci zánětlivých cytokinů. Rovněž lidé trpící roztroušenou sklerózou mají typicky ve střevech nižší zastoupení bakterií produkujících butyrát, což může vést nejen k vyšší míře zánětlivých procesu, ale i k urychlení procesu demyelinizace (degradace obalů nervových vláken), který je pro tuto nemoc typický.

Pokusy na myších pak prokázaly i schopnost butyrátu zmírnit průběh autoimunitního onemocnění jménem lupus, které může napadat řadu tkání v těle – například klouby, ledviny, pokožku, plíce, srdce či mozek.

Obezita a diabetes

Butyrát spolu s dalšími mastnými kyselinami s krátkým řetězcem může sehrát velmi pozitivní roli jak při hubnutí, tak i při diabetu. Není tak náhoda, že ve střevech obézních osob bylo ve většině případů zaznamenáno výrazné snížení počtu bakterií produkujících butyrát.

Důvodů, proč může butyrát pomoci je hned několik: v první řadě pomáhá zmírnit inzulinovou rezistenci (tj. sníženou citlivost tkání vůči inzulinu), která je důležitým mechanismem při vzniku diabetu 2. typu, ale podporuje i přibývání na váze. Butyrát dále posiluje střevní bariéru, čímž snižuje míru zánětlivých procesů. I tento proces pomáhá usnadnit hubnutí. Dále má pozitivní vliv na metabolismus tuků, a navíc stimuluje tvorbu peptidu PYY, který hraje důležitou roli v navození pocitu sytosti. Nedostatečná produkce mastných kyselin s krátkým řetězcem tak zvyšuje tendenci k přejídání.

Butyrát navíc zlepšuje funkci mitochondrií, které jsou pak schopny produkovat více energie (a tudíž pak více energie „spálíme“). Může nám tak nejen pomoci zhubnout, ale v rámci výzkumů jeho podávání rovněž výrazně snížilo přibývání na váze u lidí konzumujících vysokokalorickou stravu. Nutno ovšem dodat, že existují i studie s opačnými výsledky – tedy ukazující, že butyrát může naopak stimulovat přibývání na váze (zejména se tak děje v případě, že má obézní člověk butyrátu nadbytek). Proto je tedy k jeho užívání třeba přistupovat individuálně.

Podle některých teorií by měl butyrát (přesněji řečeno jeho nedostatek) hrát rovněž důležitou roli při vzniku diabetu I. typu, jehož podstata je autoimunitního charakteru. Měl by totiž mít ochrannou úlohu proti tvorba autoprotilátek proti beta-buňkám Langerhansových ostrůvků slinivky, v nichž je produkován inzulin.

Kardiovaskulární choroby

Střevní mikrobiom zásadním způsobem ovlivňuje i zdraví našeho srdce a cév či výši krevního tlaku. Rozsáhlá studie srovnávající složení střevní populace u lidí s normálním a vysokým krevním tlakem u nich například zjistila rozdílné zastoupení celkem 45 kmenů mikroorganismů, přičemž 27 z nich patřilo mezi bakterie rodu Firmicutes. Ty jsou významné právě tím, že produkují butyrát – ten totiž mimo jiné potlačuje tvorbu látky jménem angiotenzin II, která se na zvýšení krevního tlaku podílí. Další výzkumy ukázaly, že vyšší systolický tlak bývá spojen s nižší druhovou rozmanitostí střevních obyvatel.

Butyrát také omezuje produkci cholesterolu v těle a výrazně zasahuje do procesů tvorby aterosklerotických plátů v cévách.

Imunita a alergie

Butyrát ovlivňuje široké spektrum signálních drah souvisejících s fungováním imunitního systému. Ovlivňuje proliferaci, diferenciaci a apoptózu imunitních buněk a také jejich pronikání do tkání, aktivaci a produkci cytokinu, což jsou mechanismy uplatňující se při vzniku autoimunitních onemocnění.

Zajímavým účinkem je také podpora produkce bílkoviny jménem katelicidin. Ta vzniká ve střevních, žaludečních a jaterních buňkách a hraje důležitou roli ve vrozené imunitě, konkrétně v obraně před bakteriálním infekcemi. Prokázána byla i účinnost butyrátu v boji proti několika konkrétním infekcím (např. proti salmonelóze).

Nedostatek butyrátu pravděpodobně souvisí i s alergickými projevy. Například u šestiměsíčních kojenců trpících atopickým ekzémem byl zaznamenán nedostatek bakterií Coprococcus eutactus, které butyrát produkují.

Mozková mrtvice, paměť a neurodegenerativní choroby

Butyrát má výrazné neuroprotektivní účinky (tj. chrání nervové buňky), což se uplatňuje například při léčbě následků ischemie (nedostatku kyslíku), k níž dochází například při mozkové mrtvici. Podporuje totiž produkci růstového faktoru BDNF, který působí na buněčné mechanismy v mozkové tkáni. Zlepšuje například proliferaci (tj. vznik nových neuronů), jejich migraci a diferenciaci.

Butyrát má také příznivý vliv na paměť, a i zde je to díky epigenetickému působení. Blokuje totiž tvorbu histondeacetyláz, a tím brání deacetylaci, která „vypíná“ geny nutné pro synaptickou plasticitu (tj. tvorbu nových spojů mezi nervovými buňkami) a tvorbu dlouhodobé paměti.

Nadějně vypadají rovněž výzkumy na využití při Huntingtonově chorobě (druh demence) a Alzheimerově chorobě.

Nespavost

Proč mají lidé, kteří delší dobu omezovali dobu spánku, tak často problém s usínáním? Vždyť by přeci měli usnout snadno, když jsou chronicky nevyspalí! Jednou z odpovědí na tuto otázku je stav střevního mikrobiomu. Ten je totiž jedním ze zdrojů signálů, které navozují spánek. Vztah je to přitom oboustranný: Pokud spánek dlouhodobě zanedbáváme nebo dojde k rozladění cirkadiánních rytmů, jedním z důsledků je výrazné narušení rovnováhy uvnitř střev. A dysfunkční střevní mikrobiom následně přestane vytvářet signály, které jsou pro usnutí nezbytné.

Tyto signály přitom pocházejí ze dvou zdrojů: zaprvé jde o fragmenty buněčných stěn uhynulých mikroorganismů, které pronikly do krevního oběhu a posléze pomáhají navodit spánek (zároveň ovšem mohou zvyšovat úroveň zánětu v těle), a za druhé jde o produkty metabolismu střevních bakterií: především mastné kyseliny s krátkým řetězcem včetně butyrátu (ty mají naopak účinek protizánětlivý), ale i některé hormony, indolové deriváty, sukcinát, žlučové kyseliny či neurotransmitery.

Pokud je tedy spánek narušen, je důležité se intenzivně zaměřit na ozdravění střevního mikrobiomu. A než se to podaří, může být vhodnou cestou užívání butyrátu – to totiž podle výzkumů pomáhá navodit spánek a výrazně navyšuje především trvání NREM fáze spánku (spánek bez rychlého pohybu očí) – v pokusech na myších došlo k prodloužení této fáze o více než 50 %! Podávání butyrátu navíc v rámci výzkumů pomohlo snížit tělesnou teplotu, což může být jedním z mechanismů, pomocí kterého tato mastná kyselin pomáhá navodit spánek.

Autismus

Přesné příčiny vzniku autismu jsou sice stále ještě neznámé, v poslední době ale řada výzkumů potvrdila, že u lidí s tímto problémem dochází k dysfunkci mitochondrií, která je do značné míry podmíněna epigeneticky. A právě butyrát dokáže spolu s dalšími nasycenými mastnými kyselinami s krátkým řetězcem (tj. propionátem a acetátem) funkci mitochondrií pozitivním způsobem ovlivnit. Představují totiž důležitý zdroj energie pro mozkové buňky, a zejména to platí v časných fázích vývoje mozku.

Ve střevech pacientů s poruchou autistického spektra byl zároveň pozorován nedostatek bakterií, které tyto kyseliny produkují, a zároveň nadměrný výskyt bakterií rodu Clostridia a Desulfovibrio. Velmi diskutována je proto i souvislost rostoucího počtu autistických dětí s nadužíváním antibiotik.

Artróza

Artróza, tedy degenerativní kloubní onemocnění spočívající především v degradaci kloubní chrupavky, bývá mnohdy považována za čistě mechanickou záležitost, výzkumů ovšem ukazují, že se na jejím vzniku podílí významnou měrou i stav střevního mikrobiomu. Pokud uvnitř našich střev panuje nerovnováha, dochází ke zvýšení propustnosti střevní stěny. Patogeny či jejich zbytky se tak dostávají do krevního oběhu a mohou doputovat i do kloubních struktur. Tam pak vyvolají reakci imunitního systému a zvýší míru zánětlivých procesů, což urychlí degradaci kloubních struktur více zde ». Užívání butyrátu tak může být užitečné i při artróze – pomáhá obnovit střevní bariéru a zároveň snižuje míru zánětu v kloubech a pozitivně ovlivňuje mechanismy buněčné smrti buněk chrupavky.

Lupenka

Také nepříjemné kožní onemocnění jménem lupenka neboli psoriáza je úzce spjato s rovnováhou střevního mikrobiomu – u osob trpících touto chorobou se obvykle vyskytuje méně bakterií produkujících butyrát. Proto může být i zde prospěšné jeho užívání.

Sportovní výkonnost

V roce 2014 proběhla zajímavá studie, která se zaměřila na účastníky Bostonského maratonu. Vědci analyzovali stolici sportovců napříč výsledkovou listinou a zjistili, že pomalé a rychlé maratonce odlišuje nejen výsledný čas, ale i obsah butyrátu v jejich výkalech. Právě podíl střevních bakterií produkujících butyrát by tak mohl být jedním z faktorů, které ovlivňují vytrvalostní výkonnost. Přesné mechanismy účinku butyrátu na fyzickou kondici zatím nejsou přesně objasněny, ale pravděpodobně půjde o kombinaci jeho pozitivního vlivu na mitochondrie, v nichž při zátěži probíhá přeměna živin na energii potřebnou na svalovou práci, vlivu na okysličení svalových buněk a schopnost těla využívat glukózu z krve jako palivo pro svaly.

Butyrát se navíc v těle přeměňuje na propionát, který se váže na specifické receptory přímo ve svalové tkáni. Z pokusů na myších přitom vyplynulo, že navázání propionátu na tyto receptory může ovlivňovat řadu metabolických pochodů uvnitř svalů a mj. také vést ke zvýšení výkonnosti v testu běhu do vyčerpání. Z těchto důvodu by tedy mohlo být pro sportovce prospěšné i užívání butyrátu ve formě doplňku stravy, k potvrzení jsou však zapotřebí další výzkumy.

Butyrát může ale být velice efektivní i v rámci regenerace. Po náročné sportovní zátěži je totiž v těle zvýšena úroveň zánětlivých procesů, které vznikají například jako reakce na mikroskopická poškození svalů. Protizánětlivé působení butyrátu tak může pomoci dobu regenerace zkrátit.

Zpomalení stárnutí

Už jsme zmínili, že jedním z procesů urychlujících stárnutí, je zhoršování funkce mitochondrií. Butyrát na ni přitom působí nejen přímo, ale ovlivňuje ji i prostřednictvím metatoninu.

O hormonu melatoninu je známo, že je produkován v epifýze a poté slouží jako „spánkový hormon“. Melatonin je ovšem vytvářen i ve většině buněk našeho těla, kde má důležitou funkci: slouží jako silný antioxidant, snižuje míru zánětlivých procesů a zlepšuje funkci mitochondrií. Melatonin tak patří mezi sloučeniny, které mohou stárnutí efektivně zpomalovat. Zároveň ale bohužel platí, že s věkem se tvorba melatoninu zpomaluje, což má za následek nejen problémy se spánkem, ale také urychlení procesu stárnutí a zhoršování funkce řady orgánů a tkání.  Butyrát přitom podporuje tvorbu melatoninu ve střevě, což spolu s přímým pozitivním působením na funkci mitochondrií může pomoci zpomalit procesy stárnutí.

Dědičná onemocnění

Velmi nadějně vypadají výzkumy mapující možné využití butyrátu v léčbě pacientů trpících cystickou fibrózou, srpkovitou anemií a beta-thalassemií.

Užívání a kontraindikace

Studií, které by zkoumali bezpečnost užívání butyrátu, bylo zatím provedeno jen málo, obecně je považován za bezpečný. Za normálních podmínek totiž buňky střeva kyseliny s krátkým mastným řetězcem velice rychle absorbují – takto je obvykle rychle absorbováno cca 95 % butyrátu (produkovaného bakteriemi i přijatého potravou) a zbylých 5 % je bezpečně vyloučeno stolicí.

Butyrát mohou někdy špatně snášet lidé trpící nadýmáním nebo extrémně citlivými střevy. Vyvarovat by se ho měli také obézní lidé s vysokou přirozenou hladinou butyrátu.

Kromě užívání samotného butyrátu je ovšem zároveň vhodné podpořit obnovu rovnováhy střevního mikrobiomu, a zajistit tak obnovu přirozené produkce této látky. Zásadní je v tomto směru dostatečná konzumace prebiotik, tj. rozpustné vlákniny, která tvoří substrát nezbytný pro přežití střevních mikroorganismů. Konzumace rozpustné vlákniny se ostatně projevila pozitivním způsobem i u většiny výše uvedených nemocí a obtíží.

Vhodné kombinace

Butyrát je možné kombinovat i s dalšími doplňky stravy. Obvykle se jedná buď o probiotika, protizánětlivě působící látky, látky podporující rovnováhu střevního mikrobiomu či buněčnou signalizaci. Pozitivní účinek byl prokázán například u těchto kombinací:

• Butyrát + laktobacily
• Butyrát + omega-3
• Butyrát + kurkumin
• Butyrát + Coleus forskohlii
• Butyrát + zázvor
• Butyrát + karnitin
• Butyrát + chmel
• Butyrát + arginin + glutamin